专利名称：设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路。
背景技术：
在生产实践中，尤其是工业变送器上，经常需要将某些在现场采集到的电压信号转换为标准的电流信号(0 20mA或者4-20mA)，然后通过双绞线将电流信号传输到后级接收设备。在后级接收设备中，将电流信号再次转换为电压信号，供后级电路用于信号调理或进行相关的数据处理。在传统的电流-电压转换电路中，使用如图1所示的接收电路，其中，“ + ”、“-”为后级接收设备的电流接线端；Rload为负载电阻；Zl为齐纳稳压二极管；Cl 为滤波电容；Ul为运算放大器构成的电压跟随器；电阻Rl为齐纳稳压二极管Zl的限流保护电阻；电阻R2为Ul的输入端保护电阻。输入电流信号，为电流环电流信号Iin从“ + ”端流入，流经负载电阻IUoad,进行电流-电压的转换，形成负载电压Vload Vload = IinxRload最后从“_”端流出。运算放大器Ul接收负载电压Vload作为其同相端” IN+”的输入信号，经过阻抗变换之后，在输出端“ out ”输出最终的电压信号Vout。为了保护负载电阻Rload之后的接收端口内的电路元器件，需要在负载电阻后面加上由电阻Rl和齐纳稳压二极管Zl组成的过流保护电路，其保护值为电流信号Iin的安全上限值在负载电阻上形成的负载电压Vload。当电流信号超过安全上限时，负载电压 Vload将会高于齐纳稳压二极管Zl的电压保护值，使齐纳稳压二极管Zl反向击穿，故，负载电压Vload被限制在齐纳稳压二极管Zl的击穿电压，从而实现对后级电路的保护。由于齐纳稳压二极管本身的工作特性，导致传统的齐纳管过流保护电路存在着一定的缺点。齐纳管是利用其内部的击穿区具有稳定电压的特性工作的，稳定电压值即为齐纳管在正常工作时稳压管两端的电压值。这个电压值具有较大的离散性，随稳压管工作电流和温度的不同而不同；即使同一型号的齐纳稳压二极管，不同批次的齐纳管的稳压值也存在10%左右的偏差。因此，在接收设备的保护电路中使用齐纳管进行过流保护，其电流值安全上限至少会存在10%以上的偏差，对于需要精确过流保护的应用场合，无法满足工作需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种改进的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其具有精确的过流保护而且反应迅速。为实现上述目的，本发明提出如下技术方案一种设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，包括输入电流、负载电阻、第一运算放大器、过流保护模块以及输出电压信号，其特征在于所述过流保护模块包括第二运算放大器、MOS晶体管以及电阻分压器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述电阻分压器，所述第二运算放大器的反相输入端与所述负载电阻的一端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极相连。适宜地，所述电阻分压器连接在电路的工作电源与“地”之间，并包括两个相互串联的第一电阻和第二电阻，所述第二运算放大器的同相输入端连接在所述第一电阻与第二电阻之间。适宜地，所述MOS晶体管的漏极接“地”。适宜地，所述电流-电压转换电路还包括第三电阻，所述第三电阻的一端连接在所述第一运算放大器的同相输入端，而另一端与所述MOS晶体管的源级相连。适宜地，所述电流-电压转换电路还包括滤波电容，所述滤波电容连接在所述第三电阻的另一端与“地”之间。适宜地，所述负载电阻连接在所述输入电流的正、负接线端之间，适宜地，所述第一运算放大器的反相输入端与其输出端相连，所述输出端输出所述输出电压信号。与现有技术相比，本发明的电流-电压转换电路通过运算放大器、MOS晶体管以及电阻分压器所组成的过流保护电路模块实现精确的过流保护而且反应迅速，另外整个电路还具有简单稳定的优点，在实际使用效果良好。
图1为现有技术中的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路的原理图。图2为本发明的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路的原理图。
具体实施例方式下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中技术方案进行清楚、完整的描述。本发明提出了一种设有过流保护模块的电流-电压转换电路，其用于后级设备的电流环接收电路上，可进行精确的过流保护从而保障后级设备接收电路安全性的电路，具体实施电路如图2所示。上述设有过流保护模块的电流-电压转换电路，取消了背景技术中所描述的由电阻Rl和齐纳稳压二极管Zl所组成的过流保护模块，而改为新的过流保护模块。具体地，本发明环路的过流保护电路包括后级接收设备的电流接线端“+”和“_”、负载电阻lUoad、滤波电容Cl、第一运算放大器Ul构成的电压跟随器以及上述新的过流保护模块。其中第三电阻R2为第一运算放大器Ul的输入端保护电阻；输入电流信号，即电流环电流信号Iin从“ + ”端流入，流经负载电阻IUoad,进行电流-电压的转换，形成负载电压 Vload Vload = IinxRload最后从“_”端流出。第一运算放大器Ul接收负载电压Vload作为其同相端”IN+” 的输入信号，经过阻抗变换之后，在其输出端“out”输出最终的电压信号Vout。上述新的过流保护模块包括第二运算放大器U2、金属氧化物半导体晶体管Ql以及电阴分压器。其中，金属氧化物半导体晶体管Ql简称MOS晶体管，低电平驱动时导通，高电平时截止；Vcc为接收电路的工作电源。电阻分压器连接在工作电源Vcc与“地”之间，并包括第一电阻R3与第二电阻R4，其中，第一电阻R3的上端与工作电源Vcc连接，其下端与第二电阻R4上端、以及第二运算放大器U2的同相输入端“IN+”连接。第二电阻R4下端与“地”连接。第二运算放大器U2的反相输入端“IN-”与负载电阻Rload的上端连接，其输出端“OUT”与MOS晶体管Ql的栅极G连接。MOS晶体管Ql的源极S与电阻R2的左端连接， 而其漏极D与“地”连接。这样，工作电源Vcc构成电压比较器电路形式，其同相输入端” IN+”从由第一、第二电阻R3、R4组成的电阻分压器取得设定电压Vset，Vset = R4/(R3+R4) xVcc。通过选择不同阻值比的第一、第二电阻R3、R4，可以得到所需的设定电压Vset。接收电路正常工作时，电流Iin流经负载电阻Rload形成负载电压Vload，此负载电压信号同时送到第一、第二运算放大器Ul、U2。第一运算放大器Ul仍作为电压跟随器， 将负载电压信号Vload进行阻抗变换后，向后级电路输出电压信号Vout。第二运算放大器 U2反相输入端“IN-”接收到负载电压Vload信号后，与同相端“IN+”输入信号Vset进行比较，如当前电流环电流信号转换后的电压Vload小于设定电压Vset，即表明此时电流信号小于安全值上限，无须进行过流保护，因此运算放大器U2输出端“out”输出高电平，MOS晶体管Ql截止。当电流环电流信号Iin超过正常工作的上限值时，即Vload > Vset，第二运算放大器U2输出低电平，MOS晶体管Ql导通，输入电流信号有一部分流经MOS晶体管Q1， 使经过负载电阻IUoad上的电流减小，负载电压Vload降低，从而对负载电阻IUoad后级的电路元器件进行保护。通过上述描述可知，本发明提出了一种改进的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其具有精确过流保护、反应迅速、电路简单稳定的优点，在实际使用效果良好。本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，包括输入电流、负载电阻、第一运算放大器、过流保护模块以及输出电压信号，其特征在于所述过流保护模块包括第二运算放大器、MOS晶体管以及电阻分压器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述电阻分压器，所述第二运算放大器的反相输入端与所述负载电阻的一端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极相连。
2.根据权利要求1所述的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其特征在于 所述电阻分压器连接在电路的工作电源与“地”之间，并包括两个相互串联的第一电阻和第二电阻，所述第二运算放大器的同相输入端连接在所述第一电阻与第二电阻之间。
3.根据权利要求1所述的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其特征在于 所述MOS晶体管的漏极接“地”。
4.根据权利要求1或3所述的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其特征在于所述电流-电压转换电路还包括第三电阻，所述第三电阻的一端连接在所述第一运算放大器的同相输入端，而另一端与所述MOS晶体管的源级相连。
5.根据权利要求4所述的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其特征在于 所述电流-电压转换电路还包括滤波电容，所述滤波电容连接在所述第三电阻的另一端与 “地”之间。
6.根据权利要求1所述的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其特征在于 所述负载电阻连接在所述输入电流的正、负接线端之间，7.根据权利要求1所述的设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，其特征在于所述第一运算放大器的反相输入端与其输出端相连，所述输出端输出所述输出电压信号。
全文摘要
本发明揭示了一种设有过流保护电路模块的电流-电压转换电路，包括输入电流、负载电阻、第一运算放大器、过流保护模块以及输出电压信号。过流保护模块包括第二运算放大器、MOS晶体管以及电阻分压器。第二运算放大器的同相输入端连接电阻分压器，第二运算放大器的反相输入端与负载电阻的一端相连，第二运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极相连。这样，本发明通过运算放大器、MOS晶体管以及电阻分压器所组成的过流保护电路模块来对电流-电压转换电路实现精确的过流保护而且反应迅速。
文档编号H02H9/02GK102394494SQ20111029007
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者凡冬青, 刘中, 金振华, 钱诚 申请人:魏德米勒电联接国际贸易(上海)有限公司